JP3877489B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコンピュータのデータ入力用として使用される入力装置に係り、特に操作性に優れた入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の入力装置の概略を示す斜視図、図８は図７の矢視６方向の断面図、図９は図７に示す入力装置の電気的な回路構成図である。
【０００３】
図７に示す入力装置１は、例えばノート型パソコンなどの小型のコンピュータに組み込まれ、あるいは入力装置単体として使用されるものである。
【０００４】
図７および図８に示すように、前記入力装置１は、主に基板２とこの基板２から所定の高さ位置で対向する可動電極４とから構成されている。前記可動電極４は人為的に操作可能な操作体５などに保持されており、前記基板２に沿う方向に基板２に対し平行に移動できるようになっている。
【０００５】
前記基板２上には、扇形状の検出電極３ａ，３ｂ，３ｃおよび３ｄと十字形状の接地電極３ｇからなる固定電極３が形成されている。図９に示すように、入力装置１では基板２上の接地電極３ｇと可動電極４との間に静電容量Ｃｇが形成され、基板２上の検出電極３ａ，３ｂ，３ｃおよび３ｄと可動電極４との間に静電容量Ｃａ，Ｃｂ，ＣｃおよびＣｄがそれぞれ形成される。
【０００６】
上記入力装置１を搭載したコンピュータの内部には、接地電極３ｇと各検出電極３ａ，３ｂ，３ｃおよび３ｄの間の各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４を検出する検出手段（図示せず）が設けられており、コンピュータの命令により前記各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４が検出可能となっている。
【０００７】
入力装置１では、前記可動電極４を基板２に沿って任意の方向に移動させると、可動電極４と各検出電極３ａ，３ｂ，３ｃおよび３ｄとの間の対向面積が変わるため、各静電容量Ｃａ，Ｃｂ，ＣｃおよびＣｄが変化し、よって各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４も変化する。前記コンピュータは、前記検出手段を介して各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４を検出することにより、操作体５（可動電極４）の基板２上の位置データを所定のサンプリングタイムで検出する。そして、その位置データに基づき所定の演算処理を行うことにより、コンピュータディスプレイ上のカーソルの位置を前記操作体５に合わせて移動するものとなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の入力装置では以下に示すような問題がある。
【０００９】
図１０は従来の入力装置における移動方向と移動量の関係を示す出力特性を示す図である。より詳しくは、基板２上の原点Ｏ（Ｘ軸とＹ軸との交点）からある一定の操作量Ｄを維持しつつ、前記可動電極４を原点Ｏの回りに１回転させたときの入力装置１の出力特性である。図１０では、原点Ｏから出力特性を示す閉曲線７までの長さが可動電極４の検出移動量Ｄ′（原点Ｏからの距離）を示しており、検出移動量Ｄ′が可動電極４の移動方向αごとにプロットされている。なお、移動方向αは、Ｙ１方向を０°（３６０°）、Ｘ１方向を９０°、Ｙ２方向を１８０°、Ｘ２方向を２７０°として示している。
【００１０】
図１０に示すように、接地電極３ｇが延びるＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って可動電極４を移動させたときの検出移動量Ｄ′に比べ、Ｘ軸とＹ軸の間で可動電極４を移動させたときの検出移動量Ｄ′の方が小さく出力され、全体として略十字形状の閉曲線７であることが確認できる。
【００１１】
すなわち、実際に原点Ｏから操作体５を移動させた操作量Ｄが同じであっても、入力装置１から出力される検出移動量Ｄ′は、その移動方向αにより異なっている。このため、上記従来の入力装置１ではユーザーが操作した操作体５の操作量Ｄと、実際にコンピュータのディスプレイ上で移動するカーソルの検出移動量Ｄ′との間にずれが生じ、ユーザーの意思通りにカーソルを操作しにくいという問題があった。
【００１２】
また従来は上記問題に対処するため、コンピュータ内に格納されているソフトウエアによってカーソルの検出移動量Ｄ′を実際の操作体４の操作量Ｄに一致するように補正し、これにより入力装置１の操作性を向上させていた。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ユーザーの意思通りに操作することができるようにした入力装置を提供することを目的としている。
【００１４】
また本発明はソフトウエアによる補正を加えることく、操作性に優れた入力装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の検出電極および接地電極が形成された基板と、この基板との距離を一定に保ちつつ前記基板に沿う方向に移動可能な可動電極と、前記可動電極を移動させる操作体とを有し、前記可動電極と接地電極との間の静電容量および前記可動電極と個々の検出電極との間の各静電容量の合成容量の変位量から、前記操作体の操作量が検出される入力装置において、
前記基板には、円形の領域内に、導電層、および前記円形の中心から放射状に延びて前記導電層を分離する複数の絶縁層が形成されて、
前記導電層と前記絶縁層との境界線と、前記円形の周縁とで囲まれた扇形状の領域内に位置する前記導電層によって、前記検出電極および前記接地電極が形成されており、
前記検出電極と前記接地電極とが前記絶縁層を挟んで円周方向に交互に配置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明における入力装置では、操作体の移動方向ごとに出力が異なることを防止することができる。すなわち、入力装置の出力が、操作体の移動方向に影響を受けずに中心（原点）からの操作量に比例したものとすることができる。
【００１７】
よって、コンピュータのディスプレイ内のカーソルを前記入力装置で操作させたときに、例えば操作体を移動させたときの移動量をカーソルの移動距離に比例するようにしたり、あるいは操作体の移動量をカーソルの移動速度に比例するように設定することができる。そして、このように設定された入力装置では、ユーザーが違和感なくその意思通りにカーソルを操作することができる。
【００１８】
また例えば接地電極の形成位置をＸＹ平面上のＸ軸とＹ軸に沿うように設定すると、前記各接地電極をＸ軸とＹ軸との間の４５°の方向に沿うようにそれぞれ設定され、操作体をＸＹ平面座標軸に合わせて移動させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、前記複数の接地電極が互いに接続されて全ての接地電極が接地電位とされているものである。
【００２０】
これにより、基板表面に分離形成された複数の接地電極をすべて同電位に設定することができ、接地電極と可動電極との間の静電容量を一定に維持することができる。したがって、操作体を移動させたときに変化する静電容量（可変容量）を、可動電極と各検出電極との間の各静電容量とすることができる。
【００２１】
なお、この場合基板表面の接地電極を基板裏面方向に導くには、例えばスルーホールを利用することができる。
【００２２】
上記において、ひとつの前記検出電極における前記導電層と前記絶縁層との境界線の開き角度を中心角θ、ひとつの接地電極における前記導電層と前記絶縁層との境界線の開き角度を中心角φとしたときに、θ＋φ＝９０°の関係を有するものが好ましい。
【００２３】
さらに、前記検出電極の中心角θが３５°≦θ≦４０°の範囲内にあり、接地電極の中心角φが５０°≦φ≦５５°の範囲内にあるものが好ましい。
【００２４】
これにより、前記複数の検出電極と接地電極とにより形成される円盤の直径と可動電極の直径との関係を様々な態様とした場合であっても、操作体の移動方向ごとに出力が異なることを防止できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明における入力装置の外観を示す斜視図、図２は図１の入力装置を分解した状態を示す斜視図、図３は固定電極（接地電極と検出電極）と可動電極を示す斜視図、図４は固定電極（接地電極と検出電極）と可動電極の平面図である。
【００２７】
本発明の入力装置１０は、図１に示すように、外側は支持部１１と操作部１２とからなり、例えばノート型パソコンなどの小型のコンピュータに組み込まれ、あるいは入力装置単体として使用される。
【００２８】
図１に示すように、支持部１１の中央には、操作体１３と入力部１４からなる操作部１２が設けられ、前記操作体１３は、ＸＹ座標平面上でのスライド動作、Ｚ軸を中心軸とする回転動作及びＺ軸下方への押圧動作が可能に支持されている。また前記操作部１２の操作体１３と入力部１４は、それぞれ独立して下方へ押し込むことが可能となっている。
【００２９】
前記入力装置１０は、操作部１２（操作体１３，入力部１４）、ハウジング部材１１Ａ、支持体としてのスライド部材１６、検出基板１７及び基板１５が、図２に示すように積層される。また、ハウジング部材１１Ａと基板１５との間には空間確保のための円筒状のスペーサ１８，１８，１８，１８が設けられている。なお、図１に示すねじ８とナット９を用いてねじ止めする際には、スペーサ１８に形成されている穴を介してねじ止めされる。
【００３０】
前記操作体１３は、樹脂製の円盤状部材などから形成され、また前記入力部１４は、樹脂製のリング状部材などから形成されている。前記操作体１３は、前記入力部１４に挿入可能な径で形成され、前記入力部１４には、内面下部に中心方向へ延出するフランジ１４ｃが全周に設けられる。また前記フランジ１４ｃは、４個の爪部１４ｄが９０度毎に切り欠かれており、これら爪部１４ｄは上下方向に弾性可能に支持されている。
【００３１】
前記ハウジング部材１１Ａは、方形の板状部材からなり、各縁部が下方へ折り曲げられ、各角部にはねじ止め用の取付穴１１ｂが穿設されている。
【００３２】
図３に示すように、前記基板（固定側）１５は、金属板の表面に絶縁体が積層されたものであり、さらにこの基板１５の表面（絶縁層の表面）には導電層からなる複数の検出電極２０（個別に２１，２２，２３，２４で示す）と複数の接地電極３０（個別に３１，３２，３３，３４で示す）とからなる固定電極が交互にプリントされている。なお、基板１５の各角部には、ねじ穴１５ａ，１５ａ，１５ａ，１５ａが穿設されている。
【００３３】
前記各検出電極２０および各接地電極３０は、円盤形状の導電層の中心（原点Ｏ）から放射状に延びる８本の筋状の絶縁層１５ｂによって８つに分離され、個々の検出電極２０と個々の接地電極３０は扇型形状に形成されている。前記検出電極２０と接地電極３０とは交互に配置されており、例えば検出電極２１と検出電極２２の間に接地電極３１が位置するように配置されている。個々の検出電極２０の中心角θはすべて同じ角度で形成され、同様に個々の接地電極３０の中心角φはすべて同じ角度で形成されている。そして、隣り合う検出電極２０の中心角θと接地電極３０の中心角φの和が９０°の関係となるように設定されている（θ＋φ＝９０°）。
【００３４】
なお、前記接地電極３１，３２，３３，３４の領域内には、スルーホール(図示せず)が穿設されており、基板１５内部に設けられた金属板に接続されている。あるいは基板１５の背面（裏面）に配線され、互いに接続されている。よって、すべての接地電極３１，３２，３３，３４が同電位に設定されている。なお、扇型形状の接地電極３１，３２，３３，３４の各外周部より配線パターンを延ばし、これらを接続することにより同電位に設定するものであってもよい。
【００３５】
前記検出基板（可動側）１７は、円盤状のＰＣＢ（プリント配線基板）などからなり、その下面には前記検出電極２０と接地電極３０に対向する円盤形状の可動電極４０が導電層により形成されている。なお、図３および図４には検出電極２０と接地電極３０と対向する上部位置に可動電極４０のみが示されている。
【００３６】
前記スライド部材１６は、周縁が略円形の部材からなり、中央部に円形の開口部１６ａが形成され、前記開口部１６ａの縁部から上方へ向けてリング状の段差部１６ｂが一体に形成される。
【００３７】
前記スライド部材１６の周囲には、復帰手段としての４本の線ばね１９，１９，１９，１９が組み合わされて設けられている。前記線ばね１９，１９，１９，１９は井桁状に配置され、その内側に前記スライド部材１６が配置される。また線ばね１９，１９，１９，１９は、１辺の一部が前記スライド部材１６の周縁に当接している。
【００３８】
前記線ばね１９，１９，１９，１９は、図２に示すように、各角部においてハウジング部材１１Ａと基板１５との間に設けられた円筒状のスペーサ１８に掛け止めされ、それぞれ均等にスライド部材１６を付勢する付勢力を有している。
【００３９】
上述したスライド部材１６は、前記検出基板１７と重ね合わされ、且つ前記スライド部材１６の周囲に線ばね１９，１９，１９，１９が設けられた状態で、ハウジング部材１１Ａと基板１５との間に組み込まれる。これによりハウジング部材１１Ａに形成された貫通孔１１ａから前記段差部１６ｂが露出し、この露出した段差部１６ｂに操作体１３が取り付けられている。
【００４０】
図５は図１に示す入力装置の電気的な回路構成図である。なお、前記接地電極３１，３２，３３および３４は互いに接続されているため、回路構成は上記従来の回路構成と同様となる（図９参照）。
【００４１】
図５に示すように、基板１５上の接地電極３０（３１，３２，３３および３４）と可動電極４０との間に静電容量Ｃｇが形成され、可動電極４０と基板１５上の各検出電極２１，２２，２３および２４との間は、それぞれ静電容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄが形成される。そして、前記静電容量Ｃｇと各静電容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄとが直列に接続された関係となっている。
【００４２】
したがって、検出電極２１と接地電極３０との間の合成容量をＣ１、検出電極２２と接地電極３０との間の合成容量をＣ２、検出電極２３と接地電極３０との間の合成容量をＣ３、検出電極２４と接地電極３０との間の合成容量をＣ４とすると、各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４は、次の数１で表わすことができる。
【００４３】
【数１】

【００４４】
なお、入力装置１０を搭載するコンピュータには、各検出電極２０と接地電極３０との間の各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４を検出する検出手段（図示せず）が設けられ、所定のサンプリング時間で検出されている。またコンピュータ内には、各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４から、操作体１３の位置データを求める演算処理手段（図示せず）が搭載されている。
【００４５】
原点Ｏに対する可動電極４０の中心４０ａの座標（ｘ，ｙ）（可動電極４０の位置）は、前記演算処理手段により次の数２の式で求めるられる。
【００４６】
【数２】

【００４７】
前記演算処理手段では、あらかじめ可動電極４０の中心４０ａが原点Ｏに一致する場合の各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４の各値を検出し、これらの値をオフセット量として演算処理手段内部のメモリに記憶している。
【００４８】
なお、可動電極４０の中心４０ａが原点Ｏに一致すると、理想的には可動電極４０と検出電極２１，２２，２３および２４との各対向面積が一致し、各合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４は同じ値となる（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）。よって、上記数２の式から求められる可動電極４０の中心４０ａの座標（ｘ，ｙ）は、ｘ＝０，ｙ＝０となり、これは原点Ｏ（座標（０，０））を示すこととなる。
【００４９】
次に、上記可動電極４０の中心４０ａを原点Ｏから任意の方向（Ｘ１−Ｘ２方向および／またはＹ１−Ｙ２方向）に移動させると、可動電極４０と各検出電極２０との間の対向面積が変化する。このため、前記各静電容量Ｃａ，Ｃｂ，ＣｃおよびＣｄが変化し、上記数１で示される各合成容量がＣ１′，Ｃ２′，Ｃ３′およびＣ４′に変化する。なお、このとき同時に可動電極４０と各接地電極３０との間の対向面積も変化するが、各接地電極３１，３２，３３および３４は同電位に設定されているため、この間の静電容量Ｃｇには大きな変動は生じない。
【００５０】
前記検出手段では、変化後の各合成容量Ｃ１′，Ｃ２′，Ｃ３′およびＣ４′の各データ値を検出する。演算処理手段では、これらのデータ値からあらかじめ求められている前記オフセット量（合成容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４）をそれぞれ差し引いた後、上記数２の式に基づき移動後の可動電極４０の座標（ｘ１，ｙ１）が求められる。
【００５１】
そして、次の数３により可動電極４０の検出移動量Ｄ′とその移動方向αが求められ、これらの位置データが演算処理手段よりコンピュータの制御部に随時送出され、ディスプレイ上のカーソルを移動させるためのデータとして使用される。
【００５２】
【数３】

【００５３】
【実施例】
図６は、入力装置の好ましい実施例における出力特性を示す図である。
この実施例では、上記図３及び図４に示した各検出電極２０と各接地電極３０により形成される円盤の直径を１３．６ｍｍとし、可動電極４０の円盤の直径を７．４ｍｍに設定してある。また検出電極２０の中心角θがθ＝３７．３°に設定され、接地電極３０の中心角φがφ＝５２．７°に設定されている。
【００５４】
このような入力装置１０において、前記可動電極４０を原点Ｏからある一定の操作量Ｄを維持しつつ、原点Ｏの回りに１回転させたときに、入力装置１０の検出移動量Ｄ′と移動方向αを上記図１０と同様に取得した。なお、移動方向αは、Ｙ１方向を０°（３６０°）、Ｘ１方向を９０°、Ｙ２方向を１８０°、Ｘ２方向を２７０°として示している。
【００５５】
図６に示すように、この実施例に示される入力装置１０は円形状の出力線２７を示し、操作体１３の移動方向αの影響を受けることなく、いずれの方向でも均一な出力を得ることができることを確認することができる。すなわち、上記図１０に示す閉曲線７に比べると、従来の問題点が解消されていることを分かる。
【００５６】
これにより、操作体１３の操作量Ｄとコンピュータのディスプレイ上で移動するカーソルの検出移動量Ｄ′との間にずれが生じることがなくなり、ユーザーは違和感なくその意思通りにカーソルを操作することができるようになる。
【００５７】
また、この様に操作性に優れているため、ソフトウエアによる補正を行う必要がなく、コンピュータ本体側の負担を軽減することが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、操作体の操作量に応じてカーソルを移動させることができるようになるため、ユーザーの意思通りにカーソルを操作することが可能な入力装置を提供できる。
【００５９】
またソフトウエアによる補正を受けなくとも操作性の高い入力装置を提供することができ、コンピュータ本体側の負担を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における入力装置の外観を示す斜視図、
【図２】図１の入力装置を分解した状態を示す斜視図、
【図３】固定電極（接地電極と検出電極）と可動電極を示す斜視図、
【図４】固定電極（接地電極と検出電極）と可動電極の平面図、
【図５】図１に示す入力装置の電気的な回路構成図、
【図６】入力装置の好ましい実施例における出力特性を示す図、
【図７】従来の入力装置の概略を示す斜視図、
【図８】図７の矢視６方向の断面図、
【図９】図７に示す入力装置の電気的な回路構成図、
【図１０】従来の入力装置における移動方向と移動量の関係を示す出力特性を示す図、
【符号の説明】
１０ 入力装置
１３ 操作体
１５ 基板
１５ｂ 絶縁層
２０，２１，２２，２３，２４ 検出電極
３０，３１，３２，３３，３４ 接地電極
４０ 可動電極
４０ａ 可動電極の中心
Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ 各検出電極と可動電極の間の静電容量
Ｃｇ 可動電極と接地電極の間の静電容量
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 各検出電極と接地電極の間の合成容量
Ｄ 操作体の操作量
Ｄ′ 検出移動量
α 移動方向
θ 検出電極の中心角
φ 接地電極の中心角
Ｏ 原点

Claims (5)

1. 複数の検出電極および接地電極が形成された基板と、この基板との距離を一定に保ちつつ前記基板に沿う方向に移動可能な可動電極と、前記可動電極を移動させる操作体とを有し、前記可動電極と接地電極との間の静電容量および前記可動電極と個々の検出電極との間の各静電容量の合成容量の変位量から、前記操作体の操作量が検出される入力装置において、
   前記基板には、円形の領域内に、導電層、および前記円形の中心から放射状に延びて前記導電層を分離する複数の絶縁層が形成されて、
   前記導電層と前記絶縁層との境界線と、前記円形の周縁とで囲まれた扇形状の領域内に位置する前記導電層によって、前記検出電極および前記接地電極が形成されており、
   前記検出電極と前記接地電極とが前記絶縁層を挟んで円周方向に交互に配置されていることを特徴とする入力装置。
2. 前記複数の接地電極が互いに接続されて全ての接地電極が接地電位とされている請求項１記載の入力装置。
3. ひとつの前記検出電極における前記導電層と前記絶縁層との境界線の開き角度を中心角θ、ひとつの接地電極における前記導電層と前記絶縁層との境界線の開き角度を中心角φとしたときに、θ＋φ＝９０°の関係を有する請求項１または２記載の入力装置。
4. 前記検出電極の中心角θが３５°≦θ≦４０°の範囲内にあり、接地電極の中心角φが５０°≦φ≦５５°の範囲内にある請求項３記載の入力装置。
5. 前記円形の中心を通り且つ前記接地電位を円周方向に二分する中心線に一致する直交座標軸をＸ軸およびＹ軸としたときに、前記Ｘ軸を挟んで一方に位置する２つの前記検出電極に関する前記合成容量をそれぞれＣ１とＣ２、前記Ｘ軸を挟んで他方に位置する２つの前記検出電極に関する前記合成容量をそれぞれＣ３とＣ４とし、前記Ｙ軸を挟んで一方に位置する２つの前記検出電極に関する前記合成容量をそれぞれＣ１とＣ３、前記Ｙ軸を挟んで他方に位置する２つの前記検出電極に関する前記合成容量をそれぞれＣ２とＣ４としたときに、
   （Ｃ１＋Ｃ３）−（Ｃ２＋Ｃ４）の演算処理と、（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）の演算処理とから、前記可動電極の中心位置のＸ−Ｙ座標上の位置を求める制御部が設けられている請求項３または４記載の入力装置。

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